基于流态化技术的流体冰制取新方法试验研究.
BOPPPS模式下工程流体力学实验教学研究
BOPPPS模式下工程流体力学实验教学研究
王晓哲;刘丽萍;王京盈;雷丽
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2024(43)5
【摘要】为实现工程教育认证背景下的人才培养要求,结合能源动力类教学实践特点,利用BOPPPS教学模式对工程流体力学实验教学进行改革。
以知识引入、设定目标、课前评估、参与学习、课下评估、课后总结为六大课程设计要素,从实验教学脚本的设计、课程思政资源的挖掘、多种教学方法的有机融合、多种形式教学资源的应用等方面开展研究,同时改进实验教学评价方法,建立立体化、全流程实验教学体系,探索创新型实验教学新方法。
【总页数】5页(P206-210)
【作者】王晓哲;刘丽萍;王京盈;雷丽
【作者单位】山东大学能源与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O35;G642.0
【相关文献】
1.工程流体力学理论与实验教学研究
2.BOPPPS模式下高中地理课程实验教学研究
3.基于BOPPPS模式的工程流体力学课程思政研究
4.BOPPPS教学模式下冶金工程专业综合实验的教学设计与实践
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流体计量检测实验报告
一、实验目的1. 了解流体计量的基本原理和方法。
2. 掌握流体流量计、流速计等仪器的使用方法。
3. 学会通过实验数据对流体流量、流速等参数进行测量和计算。
4. 提高实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理流体计量是研究流体在流动过程中，通过特定设备进行量测的过程。
常见的流体计量方法有：体积法、质量法、流速法等。
本实验采用流速法进行流体计量，通过测量流体通过某一截面的时间，计算出流体的流速。
三、实验仪器与设备1. 流体流量计2. 流速计3. 计时器4. 标准容器5. 水泵6. 水源7. 量筒8. 橡皮管9. 传感器10. 计算机四、实验步骤1. 准备实验器材，连接好实验装置，确保各部件连接牢固。
2. 打开水泵，调节水源，使流体在管道中流动。
3. 使用流速计测量流体在管道中的流速，记录数据。
4. 使用流量计测量流体通过管道的流量，记录数据。
5. 在标准容器中盛放一定体积的水，使用计时器记录流体通过标准容器所需的时间。
6. 根据实验数据，计算流体流量和流速。
五、实验数据与结果1. 流速测量数据：流速（m/s）= 流速计读数2. 流量测量数据：流量（m³/h）= 流量计读数3. 流体通过标准容器所需时间：时间（s）= 计时器读数4. 流体体积：体积（m³）= 容器体积5. 流体流速：流速（m/s）= 体积 / 时间六、实验结果分析1. 通过实验数据可以看出，流体在管道中的流速与流量成正比关系。
2. 实验结果与理论计算值基本相符，说明实验方法正确，实验数据可靠。
3. 实验过程中，发现流量计和流速计的读数存在一定误差，这可能是由于仪器精度和实验操作等因素引起的。
七、实验总结1. 本实验通过流速法对流体流量进行了测量，验证了流速与流量成正比的关系。
2. 实验过程中，学会了使用流速计、流量计等仪器进行测量，提高了实验操作技能。
3. 通过实验数据分析，提高了数据分析能力。
4. 实验结果表明，本实验方法可靠，为今后类似实验提供了参考。
超临界流体的制备及应用研究
超临界流体的制备及应用研究超临界流体是一种介于气态和液态之间的物质状态，具有独特的物理和化学性质，在化学、材料科学、环境科学、食品加工等领域都有广泛的应用前景。
超临界流体的制备及应用研究是当前研究热点之一，本文将从超临界流体的概念、制备方法和应用研究等方面进行介绍和探讨。
一、超临界流体的概念超临界流体是指物质的温度和压力高于其临界点时形成的介于气态和液态之间的状态。
临界点是物质的气液相平衡临界温度和压力，超过这个临界点，物质的气相和液相就无法区分。
具体而言，当物质温度、压力分别高于临界点的温度和压力时，物质的密度和粘度随温度和压力的增加而减小，同时具有类似气体的扩散性和液体的溶剂能力，因此被称为超临界流体。
二、超临界流体的制备方法超临界流体的制备方法主要有两种，一种是通过温度和压力的改变使物质达到临界点以上的状态，另一种是通过添加物质形成混合物的方式制备超临界流体。
目前较常用的制备方法包括以下几种。
1、压缩升温法该方法是将物质放置在密闭容器中，并通过压缩使其温度和压力升高到临界点以上。
在物质达到临界点时，容器内形成超临界流体状态。
压缩升温法制备超临界流体的优点是制备简单、成本较低，但是压缩体系中会产生极高的压力和温度，需要耐高温、高压的容器和设备。
2、乙醇物质溶液法该方法是通过将溶剂乙醇与待制备物质混合后制备超临界流体。
乙醇溶液可以增加物质的表面张力和溶解度，且乙醇易于回收，因而该方法广泛应用于化学、材料和环境科学中。
3、超临界萃取法超临界萃取是一种物质分离和纯化的方法，也是制备超临界流体的一种方法。
它是通过将反应物与超临界流体混合，利用其在超临界条件下的高扩散性、高溶解度和可调节的极性和分子结构，实现对反应产物的选择性萃取和纯化。
4、超临界微粒制备法该方法是通过在超临界流体环境下将物质转化为微粒，利用其具有超大比表面积、高活性和可控性等特点，进行材料制备和功能性材料的研究。
这种方法可以制备具有纳米尺寸、高比表面积的材料，广泛应用于能源、医药和环境等领域。
实验一 流化床反应器的特性测定
实验一流化床反应器的特性测定一、实验目的流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动，固体颗粒剧烈地上下翻动。
这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和，避免了固定床反应器中的“热点”现象，床层温度分布均匀。
然而，床层流化状态与气泡现象对反应影响很大，尽管有气泡模型与两相模型的建立，但设计中仍以经验方法为主。
本实验旨在观察和分析流化床的操作状态，目的如下：1、观察流化床反应器中的流态化过程。
2、掌握流化床压降的测定并绘制压降与气速的关系图。
3、计算临界流化速度及最大流化速度，并与实验结果作比较。
二、实验原理与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
流化床存在的局限性：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失。
（1）流态化现象气体通过颗粒床层的压降与气速的关系如图4-1所示。
当流体流速很小时，固体颗粒在床层中固定不动。
在双对数坐标纸上床层压降与流速成正比，如图AB段所示。
此时为固定床阶段。
当气速略大于B点之后，因为颗粒变为疏松状态排列而使压降略有下降。
图1-1 气体流化床的实际ΔP -u关系图该点以后流体速度继续增加，床层压降保持不变，床层高度逐渐增加，固体颗粒悬浮在流体中，并随气体运动而上下翻滚，此为流化床阶段，称为流态化现象。
基于FLUENT的飞机机翼积冰的数值模拟
基于FLUENT的飞机机翼积冰的数值模拟张义浦;张志春;赵秀影【摘要】针对机翼结冰问题,提出了一种翼型结冰的数值模拟方法.介绍了适用于本方法的翼型网格划分及流场求解方法;提出了一种适用于CFD的水滴收集系数计算方法.利用Fluent软件的离散项模型(DPM)及用户自定义函数功能(UDF),计算求解了翼型表面的局部水滴收集系数.介绍了积冰过程中的质量守恒和能量守恒过程.基于积冰垂直生长假设,介绍了积冰生长模型.最后利用提出的方法预测了翼型的结冰情况.将用计算得到的三种典型积冰类型同国外冰风洞实验结果做了对比,证明了方法的正确性和准确性.%A numerical simulation method of icing is proposed for wing icing problem.The airfoil meshing and flow field solving method which are applicable for this method are introduced.A calculation method of water droplet collection coefficient is presented.Local water droplet collection coefficient is calculated using the discrete phase model (DPM) and user defined function (UDF) of Fluent;The conservation of mass and energy in the process of ice accretion was presented.Based on the assumption that the growth of ice is vertical, ice growth model is introduced.The icing condition of airfoil was predicted by the method proposed in this paper in the last.To prove the validity of this method, three typical types of ice was calculated by the proposed method and compared with foreign ice wind tunnel results.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)020【总页数】6页(P302-307)【关键词】飞机结冰;数值模拟;水滴撞击特性;离散项模型【作者】张义浦;张志春;赵秀影【作者单位】空军航空大学军事仿真技术研究所,长春 130022;空军航空大学军事仿真技术研究所,长春 130022;空军航空大学军事仿真技术研究所,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】V244.1+5飞机在飞行过程中，如遭遇积冰气象条件，在飞机的所有迎风面都有可能产生积冰，积冰引起飞机的升力减小、阻力变大、操纵性和稳定性恶化[1]。
利用自然低温的风力机结冰风洞实验系统设计
利用自然低温的风力机结冰风洞实验系统设计李岩;王绍龙;郑玉芳;刘钦东;冯放;田川公太朗【摘要】A simple and low cost icing wind tunnel experiment system has been designed in or-der to study the characteristics of wind turbine blade icing and de-icing methods.The convention-al open j et wind tunnel has been transformed by using the natural low temperature condition of the northern winter,and a water spray system and the icing test section were installed to provide the icing conditions.The verification experiments were carried out in winter,and the three main parameters:the temperature stability,the liquid water content and the medium volume droplet diameter were tested and calibrated.The results show that the main indexes can meet the re-quirements of the wind turbine icing test to a certain degree at the relatively stable environment temperature.%为研究风力机叶片的结冰特性与防除冰方法，设计了一种简便、低成本的结冰风洞实验系统。
流体流性实验报告
1. 理解流体流动的基本原理，掌握流体流动阻力测定的方法。
2. 通过实验测定流体在直管、管件和阀门中的流动阻力，验证相关理论公式。
3. 分析流体流动阻力与雷诺数、摩擦系数、局部阻力系数之间的关系。
4. 熟悉流量计和压差计的使用方法，提高实际操作能力。
二、实验原理1. 流体流动阻力分为沿程阻力和局部阻力。
沿程阻力主要与流体的流速、管道粗糙度、管道长度等因素有关；局部阻力主要与管道的形状、尺寸、管件类型等因素有关。
2. 沿程阻力损失计算公式为：\( h_f = f \frac{L}{D} \frac{v^2}{2g} \)其中，\( h_f \) 为沿程阻力损失，\( f \) 为摩擦系数，\( L \) 为管道长度，\( D \) 为管道直径，\( v \) 为流速，\( g \) 为重力加速度。
3. 局部阻力损失计算公式为：\( h_{loc} = \frac{v^2}{2g} \cdot \sum K_i \)其中，\( h_{loc} \) 为局部阻力损失，\( K_i \) 为局部阻力系数。
4. 雷诺数（Re）与摩擦系数（f）的关系为：\( Re = \frac{vD}{\nu} \)其中，\( \nu \) 为运动粘度。
三、实验仪器与设备1. 实验台：包括直管、管件、阀门、流量计、压差计、水表等。
2. 流量计：用于测量流体流量。
3. 压差计：用于测量流体流动过程中的压力差。
4. 水表：用于测量流体流速。
1. 检查实验设备，确保仪器正常工作。
2. 根据实验要求，调整管道长度、直径、管件类型等参数。
3. 开启水源，调节流量计，使流体在管道中稳定流动。
4. 使用压差计测量流体在直管、管件和阀门中的压力差。
5. 根据压力差和管道参数，计算沿程阻力损失和局部阻力损失。
6. 记录实验数据，包括管道长度、直径、管件类型、流量、压力差等。
7. 分析实验数据，验证理论公式，探讨流体流动阻力与雷诺数、摩擦系数、局部阻力系数之间的关系。
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基于流态化技术的流体冰制取新方法试验研究彭正标 袁竹林 梁坤峰(东南大学能源与环境学院，江苏南京 210096)摘要针对提出的液-液循环流化床制取流体冰新方法进行了试验研究。
采用高分辨率数码摄像仪，实时采集不同工况条件下液-液雾化过程，结合图像处理方法，得到了雾化液滴粒径、射流高度随喷速变化规律；通过对所获得的冰晶颗粒进行粒径的测量与统计整理，分析了冰晶粒径分布，并对影响冰晶尺寸的关键因素进行了探讨。
结果表明，随着喷速的增加，液-液雾化依次呈现出三种完全不同的形态；即使在相同的实验条件下，冰晶粒径呈离散性分布，且随载冷介质流量的降低，不同喷射速度下的粒径分布峰值向左偏移，而分布趋于发散；冰晶尺寸与载冷介质流量以及喷射速度密切相关，随载冷介质流量降低而减小，随喷速增加呈先增大后减小的变化趋势。
本文的研究结果高度地证实了该方法的可行性与有效性。
关键词液-液循环流化床 雾化 实验研究 冰晶粒径分布EXPERIMENTAL STUDY ON THE NEW TECHNIQUE FOR ICE SLURRY PRODUCTION BASED ON FLUIDIZED THOERYPeng Zhengbiao Yuan Zhulin Liang Kunfeng(Institute of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096)Abstract The new technique of liquid-liquid circulating fluidized bed proposed for ice slurry production was investigated experimentally. A high-resolution digital CCD (charge couple device) camera was employed to acquire the drops-formation process in real-time, and variation tendencies of drop-size, jet length in liquid-liquid atomization were obtained by image processing Ice crystals produced at each condition were measured manually, and then the data was reduced and compiled, based on which the size distribution of the ice crystals was analyzed. Afterwards, the critical factors that intensely influenced the ice particle size were discussed. Final results show that the process of drops formation in liquid-liquid system takes on three absolutely different developing forms as increasing the jetting velocity. The size distribution of the ice crystals appears non-uniform even under the same condition, and the peak of the curve moves on left and comes to be dispersed as the oil flow rate decreases. The ice particle size rests seriously with the oil flow rate and the jetting velocity. It increases as increasing the oil flow rate, and increases firstly and then decreases as the jetting velocity increases. The results highly confirm the feasibility and effectiveness of the new technique.Keywords Liquid-liquid circulating fluidized bed Drops formation Experimental study Size distribution of the ice crystals0 前言冰蓄冷技术是缓解电网电力供需矛盾，实现削基金项目：教育部高等学校博士点专项科研基金资助项目(20060286034)作者简介：彭正标，(1981-)，男，东南大学博士生峰填谷的重要措施。
流体冰，通常是由直径小于1mm 的冰晶颗粒与水(或掺有冰点调节剂水合物)组成的多元混合物[1-6]，由于冰晶颗粒微小，大大增加了换热表面积，且在制冰过程中实现完全流动换热，不存在固体传热面上冰层热阻问题，因此制冰效率得到了很大的提高。
此外，其具有巨大的相变潜热、流动性能好、环保等诸多优良特性，目前已广泛地应用于蓄冷领域。
国内外制取流体冰的方法主要有过冷法[7,8]、壁面刮削法[9]、流化床壁面撞击法[10]、直接接触法[11]以及真空法[12,13]，这些现有方法若用于大型蓄冷场合均存在各自的不足，如过冷法虽系统简单但极易冰堵，且含冰率(IPF)较低；刮削法运行稳定，产生的冰晶均匀，但制造工艺要求高，且不适合大规模制冰场合；流化床撞击法换热效率高，但换热管极易冰堵，且对控制和设计要求很高；直接接触法传热热阻小，完全避开了传统制冰方法中冰层热阻问题，但喷嘴需要特殊设计，且喷口处容易冰堵；真空法虽排除了冰堵问题，但气密性和真空度要求高，系统复杂且设备昂贵。
研究一种设备简单、运行稳定、性能高效的流体冰制取方法在当前具有重大意义。
液-液循环流化床制取流体冰是最新提出的一种新型技术[14,15]，该技术结合液-液雾化理论，将高效的传热传质流化床技术引入制冰领域。
本文建立了试验装置，对该技术的关键内容进行了研究，并对实验结果进行了分析，证实了该制冰新方法的可行性与有效性，同时发现了相应的规律。
1试验装置图1 液-液循环流化床系统简图图1 液-液循环流化床系统简图液-液循环流化床制取流体冰技术的系统简图如图1所示。
其原理是用增压泵将水直接喷入另一种与之不相溶的低温载冷液体中，喷入的水经过喷头被雾化成微小的液滴与载冷液体一起向床的上游流动，流动中直接接触换热，短时间内即被冻结成小冰晶，冰晶流出床体后通过过滤装置与循环液体分离，然后与一定比例的水(或掺有冰点调节剂的水合物)混合而获得任意含冰率值的流体冰；换热升温后的循环液体经过下方的制冷循环得到降温，由泵再次送入床内与雾化形成的液滴进行换热。
液-液雾化形成的微液滴大大增加了两种液体的接触表面积，同时，微水滴在与载冷介质混合流动过程中直接接触换热，克服了传统制冰方法（冰球、盘管等）中的冰层热阻问题，极大地强化了两相间的传热，使制冰过程的热效率得到了显著提高。
实验系统包括集雾化与制冰为一体的循环床系统、制冷系统两套装置。
实验中采用25号变压器油作为载冷循环液体，其密度为895 kg/m 3 , 比热容为1.8kJ/(k g •℃)，在-10℃时运动粘度为158.8 mm 2/s 。
(a) (b)图2制冰实验装置及喷射装置集雾化、制冰为一体的循环流化床床体是由高2000mm ，外径50mm ，厚5mm 的有机玻璃管制成，如图2(a)所示。
流化床底部有两个入口，一个是安置喷头的接口，在本实验中，采用内径为0.4mm 的喷针，见图2(b)；另一个为载冷油介质的入口，在喷嘴以下300mm 处，管内径为30mm ，进口方向与流化床主体垂直。
图3制冷机和滤冰装置1、 压缩机；2、冷凝器；3、节流阀；4、蒸发器/油箱；5、过滤器；6、水箱；7、风机；8、四通装置；9、循环流化床；10、滤冰装置；11、流体冰储蓄箱；12、泛光源； 13、数码CCD制冷系统采用简单的蒸汽压缩式制冷循环（图3），用来冷却流经流化床体升温后的载冷循环油介质。
在蒸发器入口处设置了三层滤网，以分离实验所获得的冰晶颗粒与载冷循环油介质。
整套制冷装置被放置在约4m高度处，以减小油介质进入蒸发器时的流速，避免其因冲击液面而产生大量的小气泡，在干扰试验的同时，严重地影响流化床与蒸发器内多相流动与换热的特性。
2试验方法及条件先关闭制冷机，对常态下的液-液雾化进行试验。
在雾化系统中，循环床底部的两个入口形成并列的两路：变压器油流动的油路及雾化水流动的水路。
油路中，变压器油在离心油泵的作用下，自蒸发器流经过滤器，然后进入流化床；在油流动稳定后，打开增压泵，从水箱中抽出环境温度下的水，增压后的水由喷针喷出，雾化成微液滴。
此时，打开采光室上部的强光源(2×1300W)，采集床内喷嘴以上50mm范围内液-液雾化过程。
摄像仪设定的相关参数为：1/2000s，f4.8，点测光，100帧/s。
在流体冰晶制取试验中，启动制冷机，降低变压器油温至零下工况点，然后开启油路阀门，使其在一定流量下进入循环床内。
待床内油介质流动稳定后，打开增压泵，喷入常温下的水。
雾化水滴与载冷介质一起向床的上游流动，流动过程中很快冻结完全生成冰晶。
在蒸发器入口处，安置三层滤网进行冰晶过滤分离，将获得的冰晶颗粒取样，进行粒径的测量与统计整理。
为了考察载冷介质的沿程温变，在床高0m、0.5m、1.0m、1.5m、2m五个高度处设置采温点(K-type 热电偶,精确度±0.1℃)。
在第一次循环获得冰晶后，仍然循环制冰（但之后的冰晶不用于该工况下的取样颗粒），在一定的循环时间内对载冷介质的温变进行采集整理。
试验条件如表1、表2所示：表1 常态下雾化试验工况参数Q oil/ (L/s)0.25v jet /(m/s)0. 8 1.2 2.3 4.7 7.1 8.3T oil/ (℃)20表2 冷态下冰晶制冷试验工况参数Q oil/ (L/s)0.25 0.33 0.42v jet /(m/s)7.1 11.8 16.5 23.6T oil/ (℃)-73实验结果与分析3.1液-液雾化实验3.1.1 实验结果图4是在6种喷速工况下，高速摄像仪连续拍摄的雾化过程 (间隔0. 01s)。